3D 打印篮球在 NBA 扣篮大赛首次亮相

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  指定打印零件时要注意什么
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  3D 打印篮球如何储存和回弹能量
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  单元几何、杆径与硬度：实际要调的三个参数
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  打印全尺寸点阵球难在哪里
• 5
  点阵零件何时适用、何时不适用
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  点阵增材与 CNC 加工：按功能选择

普通篮球是一个压力容器。丁基球胆维持约 7.5 至 8.5 psi，缠绕或层压骨架承受环向应力，皮革或复合材料外皮提供抓握力。弹跳来自内部的气弹簧。少 2 psi，球在篮筐上就会感觉发死。

3D 打印篮球去掉了气弹簧。整个体积改为填充重复点阵：数十亿个由柔性光敏聚合物或热塑性弹性体打印的小单元。球撞到地面时，接触区的杆件弯曲、局部屈曲并储存应变能，离地时回弹。回弹是材料和几何特性，不是气体定律。

这一转变对工程师有实际影响。你不能再靠打气来调球，而是用单元尺寸、杆径、壁厚和树脂硬度来调。2 mm 单元配 0.4 mm 杆件，与 4 mm 单元配 0.6 mm 杆件，即使同种聚合物，表现也完全不同。

点阵还把冲击分散到数千个微小构件上，而不是一个受压外壳。局部凹陷不会让球瘪掉。一处深划痕只改变该区域的刚度，其余部分照常工作。这正是这种结构能撑过扣篮大赛的根本原因。

单元几何决定点阵如何变形。BCC 和八面体桁架单元在载荷下弯曲和拉伸，回弹较线性、有弹性。简单立方或网格单元容易在平面内屈曲，可能突然塌陷。做球需要渐进、可恢复的屈曲，所以弯曲主导型单元是更稳妥的起点。

杆径对刚度影响很快。在弯曲主导型点阵中，杆径翻倍，弯曲刚度约变为八倍。实际中，杆径变化 0.3 mm 就是手感的大变化。在投入整球之前，先打印一组不同杆径的小样试片。

硬度决定球能软到什么程度的下限。较软的弹性体抓握更好、接触面积更大，但在持续载荷下会蠕变，打印时温度也更高。较硬的牌号保形好、疲劳寿命长，但低速冲击时球可能像石头。

三个参数相互影响。软弹性体配细杆件可能压到底，碰到后面的硬壳。硬弹性体配粗杆件弹跳好，但打手疼。没有唯一正确答案，只有目标回弹高度和目标抓握力。

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  弯曲主导型单元BCC、八面体桁架及类似拓扑提供可预测、可恢复的回弹。
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  先调杆径以 0.1 mm 为步长改变杆径。刚度变化比预期快得多。
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  再调硬度选能通过疲劳试片测试的最软牌号。
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  最后调表皮厚度薄外表皮增加抓握和耐磨性，又不锁死点阵。

打印空心点阵球意味着要支撑体积内所有悬垂。多数弹性体工艺不易使用可溶支撑，所以点阵通常设计成自支撑：杆件在节点相交，角度在打印机可处理范围内。这一约束对单元选择的影响超过任何教科书最优解。

层间结合是薄弱环节。每根杆件都是部分结合的多层堆叠。反复冲击下，裂纹从层界起始并沿杆件扩展。打印方向和腔体温度与树脂数据表同样重要。能通过 500 次压缩循环的试片，到 5,000 次可能失效。

加工节拍很长。高密度点阵球每件要数小时，高而细的弹性体打印失败率不为零。这就是该结构先以概念和表演形式出现、而非联盟用球的原因。实心橡胶球的批量制造单件成本仍低得多。

后处理受限。点阵内部很难打磨。可以清洗、固化，并喷涂或浸涂表皮，但任何封闭单元的精饰都会改变回弹。精饰只做外表面。

当任务需要分布式柔顺性、低重量，或用单件替代由弹簧和泡棉组成的装配体时，晶格零件占优。减振器、头盔内衬、假肢接受腔、无人机着陆垫和夹爪垫都符合这一描述。晶格用一个打印主体替代了多个零件。

当任务需要高刚度、紧公差或坚硬耐磨表面时，晶格零件不适用。晶格本质上是一个弹簧。如果零件必须在载荷下保持 ±0.005 mm，或与另一零件滑动百万次，晶格会以你无法控制的方式变形和磨损。

在批量成本上也不占优。与注塑或压铸相比，打印数千个小晶格速度慢且单件成本高。交叉点通常在数百件左右，且很大程度上取决于零件尺寸和材料。

实用判断很简单。问功能是否由分布式弹性响应承担。如果是，打印晶格。如果功能由刚性表面、精确配合或硬边缘承担，就机加工或成型。